第 1章 Linux系統(tǒng)入門1
1.1 Linux的發(fā)展歷史 1
1.2 Linux發(fā)行版 2
1.2.1 Red Hat Linux 2
1.2.2 Debian Linux 3
1.2.3 SuSE Linux 4
1.2.4 優(yōu)麒麟Linux 4
1.3 Linux內核 5
1.3.1 宏內核和微內核 5
1.3.2 Linux內核概貌 6
1.4 如何學習Linux內核 9
1.5 Linux內核實驗入門 10
1.5.1 實驗1：在虛擬機中安裝優(yōu)麒麟Linux 18.04系統(tǒng) 10
1.5.2 實驗2：給優(yōu)麒麟Linux系統(tǒng)更換心臟 14
1.5.3 實驗3：使用定制的內核runninglinuxkernel 15
1.5.4 實驗4：如何編譯和運行一個ARM Linux內核 19
第 2章 Linux內核基礎知識 22
2.1 Linux常用的編譯工具 22
2.1.1 GCC工具 22
2.1.2 ARM GCC 23
2.1.3 GCC編譯 24
2.2 Linux內核中常用的C語言技巧 25
2.3 Linux內核中常用的數據結構和算法 31
2.3.1 鏈表 31
2.3.2 紅黑樹 34
2.3.3 無鎖環(huán)形緩沖區(qū) 36
2.4 Vim工具的使用 38
2.4.1 Vim 8介紹 38
2.4.2 Vim的基本模式 38
2.4.3 Vim中3種模式的切換 39
2.4.4 Vim光標的移動 40
2.4.5 刪除、復制和粘貼 41
2.4.6 查找和替換 41
2.4.7 文件相關 41
2.5 git工具的使用 42
2.5.1 安裝git 43
2.5.2 git基本操作 43
2.5.3 分支管理 46
2.6 實驗 48
2.6.1 實驗1：GCC編譯 48
2.6.2 實驗2：內核鏈表 51
2.6.3 實驗3：紅黑樹 52
2.6.4 實驗4：使用Vim工具 52
2.6.5 實驗5：把Vim打造成一個強大的IDE編輯工具 52
2.6.6 實驗6：建立一個git本地倉庫 60
2.6.7 實驗7：解決合并分支沖突 62
2.6.8 實驗8：利用git來管理Linux內核開發(fā) 65
2.6.9 實驗9：利用git來管理項目代碼 67
第3章 內核編譯和調試 73
3.1 內核配置 73
3.1.1 內核配置工具 73
3.1.2 .config文件 74
3.2 實驗1：通過QEMU調試ARM Linux內核 76
3.3 實驗2：通過QEMU調試ARMv8的Linux內核 78
3.4 實驗3：通過Eclipse QEMU單步調試內核 81
3.5 實驗4：在QEMU中添加文件系統(tǒng)的支持 85
第4章 內核模塊 86
4.1 從一個內核模塊開始 86
4.2 模塊參數 90
4.3 符號共享 92
4.4 實驗 93
4.4.1 實驗1：編寫一個簡單的內核模塊 93
4.4.2 實驗2：向內核模塊傳遞參數 95
4.4.3 實驗3：在模塊之間導出符號 95
第5章 簡單的字符設備驅動 96
5.1 實驗1：從一個簡單的字符設備開始 97
5.2 字符設備驅動詳解 102
5.2.1 字符設備驅動的抽象 102
5.2.2 設備號的管理 104
5.2.3 設備節(jié)點 104
5.2.4 字符設備操作方法集 105
5.3 實驗2：使用misc機制來創(chuàng)建設備 107
5.4 一個簡單的虛擬設備 109
5.4.1 實驗3：為虛擬設備編寫驅動 109
5.4.2 實驗4：使用KFIFO改進設備驅動 112
5.5 阻塞I O和非阻塞I O 115
5.5.1 實驗5：把虛擬設備驅動改成非阻塞模式 115
5.5.2 實驗6：把虛擬設備驅動改成阻塞模式 118
5.6 I O多路復用 122
5.6.1 Linux的I O多路復用 122
5.6.2 實驗7：向虛擬設備中添加I O多路復用支持 123
5.7 實驗8：為什么不能喚醒讀寫進程 128
5.8 實驗9：向虛擬設備中添加異步通知 129
5.9 本章小結 133
第6章 系統(tǒng)調用 134
6.1 系統(tǒng)調用概念 134
6.1.1 系統(tǒng)調用和POSIX標準 135
6.1.2 系統(tǒng)調用表 135
6.1.3 用程序訪問系統(tǒng)調用 136
6.1.4 新增系統(tǒng)調用 137
6.2 實驗 137
6.2.1 實驗1：在ARM32機器上新增一個系統(tǒng)調用 137
6.2.2 實驗2：在優(yōu)麒麟Linux機器上新增一個系統(tǒng)調用 138

第7章 內存管理 139
7.1 從硬件角度看內存管理 139
7.1.1 內存管理的遠古時代 139
7.1.2 分段機制 141
7.1.3 分頁機制 142
7.1.4 虛擬地址到物理地址的轉換 143
7.2 從軟件角度看內存管理 144
7.2.1 free命令 144
7.2.2 從應用編程角度看內存管理 145
7.2.3 從內存布局圖角度看內存管理 146
7.2.4 從進程角度看內存管理 150
7.3 物理內存管理 154
7.3.1 物理頁面 155
7.3.2 內存管理區(qū) 159
7.3.3 分配和釋放頁面 162
7.3.4 分配小塊內存 170
7.4 虛擬內存管理 177
7.4.1 進程地址空間 177
7.4.2 內存描述符mm_struct 178
7.4.3 VMA管理 180
7.4.4 malloc分配函數 183
7.4.5 mmap 185
7.5 缺頁異常 188
7.5.1 do_page_fault函數 189
7.5.2 匿名頁面缺頁異常 190
7.5.3 文件映射缺頁中斷 190
7.5.4 寫時復制缺頁異常 191
7.5.5 缺頁異常小結 192
7.6 內存短缺 193
7.6.1 頁面回收算法 193
7.6.2 OOM Killer機制 194
7.7 內存管理實驗 195
7.7.1 實驗1：查看系統(tǒng)內存信息 195
7.7.2 實驗2：獲取系統(tǒng)的物理內存信息 197
7.7.3 實驗3：分配內存 199
7.7.4 實驗4：slab 200
7.7.5 實驗5：VMA 201
7.7.6 實驗6：mmap 203
7.7.7 實驗7：映射用戶內存 203
7.7.8 實驗8：OOM 204
第8章 進程管理 205
8.1 進程 205
8.1.1 進程的來由 205
8.1.2 進程描述符 207
8.1.3 進程的生命周期 209
8.1.4 進程標識 212
8.1.5 進程間的家族關系 212
8.1.6 獲取當前進程 214
8.2 進程的創(chuàng)建和終止 216
8.2.1 寫時復制技術 216
8.2.2 fork()函數 217
8.2.3 vfork()函數 218
8.2.4 clone()函數 218
8.2.5 內核線程 219
8.2.6 do_fork()函數 219
8.2.7 終止進程 221
8.2.8 僵尸進程和托孤進程 222
8.2.9 進程0和進程1 222
8.3 進程調度 223
8.3.1 進程分類 224
8.3.2 進程優(yōu)先級 224
8.3.3 時間片 225
8.3.4 經典調度算法 225
8.3.5 Linux O(n)調度算法 228
8.3.6 Linux O(1)調度算法 228
8.3.7 Linux CFS調度算法 228
8.3.8 進程切換 233
8.3.9 與調度相關的數據結構 239
8.4 多核調度 241
8.4.1 調度域和調度組 241
8.4.2 負載計算 244
8.4.3 負載均衡算法 245
8.5 實驗 246
8.5.1 實驗1：fork和clone 246
8.5.2 實驗2：內核線程 247
8.5.3 實驗3：后臺守護進程 247
8.5.4 實驗4：進程權限 247
8.5.5 實驗5：設置優(yōu)先級 247
8.5.6 實驗6：per-cpu變量 248
第9章 同步管理 250
9.1 原子操作與內存屏障 251
9.1.1 原子操作 251
9.1.2 內存屏障 253
9.2 自旋鎖機制 254
9.2.1 自旋鎖定義 254
9.2.2 自旋鎖變種 256
9.2.3 自旋鎖和raw_spin_lock 257
9.2.4 自旋鎖的改進 257
9.3 信號量 258
9.4 互斥體 259
9.5 讀寫鎖 261
9.5.1 讀寫鎖定義 261
9.5.2 讀寫信號量 262
9.6 RCU 264
9.7 等待隊列 267
9.7.1 等待隊列頭 267
9.7.2 等待隊列節(jié)點 268
9.8 實驗 269
9.8.1 實驗1：自旋鎖 269
9.8.2 實驗2：互斥鎖 269
9.8.3 實驗3：RCU 269
第 10章 中斷管理 270
10.1 Linux中斷管理機制 270
10.1.1 ARM中斷控制器 271
10.1.2 硬件中斷號和Linux中斷號的映射 275
10.1.3 注冊中斷 276
10.2 軟中斷和tasklet 278
10.2.1 SoftIRQ軟中斷 279
10.2.2 tasklet 280
10.2.3 local_bh_disable local_bh_enable 281
10.2.4 本節(jié)小結 282
10.3 工作隊列機制 282
10.3.1 工作隊列類型 283
10.3.2 使用工作隊列 285
10.3.3 本節(jié)小結 285
10.4 實驗 286
10.4.1 實驗1：tasklet 286
10.4.2 實驗2：工作隊列 286
10.4.3 實驗3：定時器和內核線程 287
第 11章 調試和性能優(yōu)化 288
11.1 printk和動態(tài)輸出 289
11.1.1 printk輸出函數 289
11.1.2 動態(tài)輸出 290
11.1.3 實驗1：printk 292
11.1.4 實驗2：動態(tài)輸出 292
11.2 proc和debugfs 293
11.2.1 proc文件系統(tǒng) 293
11.2.2 sys文件系統(tǒng) 295
11.2.3 debugfs 296
11.2.4 實驗3：procfs 297
11.2.5 實驗4：sysfs 298
11.2.6 實驗5：debugfs 300
11.3 ftrace 301
11.3.1 irqs跟蹤器 302
11.3.2 preemptoff跟蹤器 304
11.3.3 preemptirqsoff跟蹤器 305
11.3.4 function跟蹤器 306
11.3.5 動態(tài)ftrace 307
11.3.6 事件跟蹤 308
11.3.7 實驗6：使用frace 310
11.3.8 實驗7：添加一個新的跟蹤點 311
11.3.9 實驗8：使用示蹤標志 314
11.3.10 實驗9：使用kernelshark來分析數據 317
11.4 實驗10：分析oops錯誤 319
11.5 perf性能分析工具 323
11.5.1 實驗11：使用perf工具來進行性能分析 328
11.5.2 實驗12：采集perf數據生成火焰圖 329
11.6 內存檢測 329
11.6.1 實驗13：使用slub_debug檢查內存泄漏 330
11.6.2 實驗14：使用kmemleak檢查內存泄漏 335
11.6.3 實驗15：使用kasan檢查內存泄漏 337
11.6.4 實驗16：使用valgrind檢查內存泄漏 340
11.7 實驗17：kdump 342
11.8 性能和測試 348
11.8.1 性能測試概述 348
11.8.2 實驗18：使用lkp-tests工具進行性能測試 349
第 12章 開源社區(qū) 350
12.1 什么是開源社區(qū) 350
12.1.1 開源軟件的發(fā)展歷史 350
12.1.2 Linux基金會 351
12.1.3 開源協(xié)議 351
12.1.4 Linux內核社區(qū) 353
12.1.5 國內開源社區(qū) 354
12.2 參與開源社區(qū) 354
12.2.1 參與開源項目的好處 354
12.2.2 如何參與開源項目 355
12.3 實驗1：使用cppcheck檢查代碼 356
12.4 實驗2：提交第 一個Linux內核補丁 357
12.5 實驗3：管理和提交多個補丁組成的補丁集 359
12.6 實驗4：在Gitee中創(chuàng)建一個開源項目 363
參考文獻 366